Wie kommt Kalk ins Wasser und wie wirkt Entkalker?

Bevor wir uns ans Entkalken machen, stellen wir uns doch erst einmal die Frage, wie Kalk ins Wasser kommt. Warum müssen wir überhaupt entkalken und was macht ein Entkalker eigentlich?

Wie kommt der Kalk ins Wasser?

Wasser besteht theoretisch aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom, chemisch als H2O bezeichnet. In dieser reinen Form des Wassers ist kein Kalk enthalten. Um zu verstehen, wie Kalk ins Wasser gelangt, müssen wir den Wasserkreislauf betrachten.

Der Großteil der Erdoberfläche ist von Wasser bedeckt. Durch die Einstrahlung von Sonnenenergie verdunstet das Wasser, vor allem an der Meeresoberfläche. Dadurch entsteht Wasserdampf, der leichter ist als Luft und nach oben in die Atmosphäre aufsteigt. Da es in der Atmosphäre kälter ist als auf der Erde, kühlt der Wasserdampf ab und kondensiert.

In der Atmosphäre befindet sich auch Kohlendioxid (CO2). Reines Wasser reagiert leicht mit Kohlendioxid und bildet Kohlensäure (H2CO3).

Das mit Kohlensäure angereicherte Wasser kühlt in der Atmosphäre weiter ab und fällt als Niederschlag (Regen, Schnee oder Hagel) zur Erde zurück.

Wenn das Wasser auf den Erdboden fällt, versickert es im Boden. Wenn das mit Kohlensäure angereicherte Wasser auf kalkhaltiges Gestein trifft, löst die Kohlensäure den Kalk und bildet Calciumhydrogencarbonat. Je mehr Kohlensäure im Wasser gelöst ist und je kalkhaltiger der Boden ist, desto höher kann die Konzentration an Calciumhydrogencarbonat (Kalk) sein.

Ein Kalkkristall - hübsch anzusehen, trotzdem ist es weiterhin Kalk.
Ein Kalkkristall – er mag hübsch anzusehen sein, bleibt aber dennoch Kalk.

Das Wasserwerk liefert das Wasser in die Haushalte, in der Regel aus Tiefbrunnen. Da es verschiedene Gesteinsschichten gibt, kann das Wasser in einigen Regionen kalkhaltiger sein. Je mehr Kalk das Wasser enthält, desto härter fühlt es sich an. Deshalb gilt: Je höher der Härtegrad, desto mehr Kalk enthält das Wasser.

Chemisch korrekt lässt sich die Reaktion wie folgt darstellen: Kohlendioxid + Wasser + Calciumcarbonat => Calciumhydrogencarbonat

CO2 + H2O + CaCO3 => Ca(HCO3)2

 

Warum muss man entkalken?

Kalkablagerungen führen zu einer verlängerten Aufheizzeit und einer schlechteren Wärmeübertragung. Bei einem Kaffeevollautomaten beispielsweise wirkt sich dies auf die Qualität des Espressos aus.

In klaren Worten: Schon ein Kalkbelag von 2mm verbraucht 20% mehr Energie!

Mit der Zeit bauen sich Kalkablagerungen in Geräten auf und können sie verstopfen. Außerdem fördert Kalk die Korrosion (Rost) der Materialien. Beides kann zu Schäden an den Geräten führen.

Daher ist es wichtig, regelmäßig und frühzeitig zu entkalken! Die Häufigkeit der Entkalkung hängt vom Härtegrad des Wassers ab.

Wie funktioniert ein Entkalker überhaupt?

Chemisch betrachtet besteht Kalk aus Calciumcarbonat (CaCO3), das aus Calcium (Ca), Kohlenstoff (C) und Sauerstoff (O) besteht. Kalk reagiert mit vielen Stoffen, insbesondere mit Säuren.

Kalk ist schwer wasserlöslich. Durch Zugabe von Säure entsteht eine saure Umgebung. Dadurch zerfällt der Kalk in Ca2+ und CO32-. Wenn ausreichend Säure (freie H+-Ionen) vorhanden ist, kann das CO32- sukzessive H+-Ionen aufnehmen. Chemisch betrachtet:

CO32- + H+ –> HCO3- (Hydrogencarbonat)

HCO3- + H+ –> H2CO3 (Kohlensäure)

Kohlensäure reagiert in saurer Umgebung zu:

H2CO3 –> H2O + CO2

Das dabei entstehende CO2 ist klimaneutral.

Der Vorgang kann am einfachsten anhand der Zugabe von Salzsäure (HCl) erklärt werden:

Kalk reagiert mit 2 Teilen Salzsäure zu Calciumchlorid, Kohlendioxid und Wasser. Das übliche Aufschäumen der Flüssigkeit während des Entkalkungsvorgangs wird durch das entstehende Kohlendioxid verursacht. Das Kohlendioxid entweicht in die Luft, zurück bleibt Wasser mit darin gelöstem Calciumchlorid, das problemlos entsorgt werden kann.

CaCO3 + 2 HCl -> CaCl2 + CO2 + H2O

Grundsätzlich funktioniert der Vorgang mit allen Säuren ähnlich, egal ob Zitronensäure, Essigsäure, Milchsäure oder Amidosulfonsäure. Die Vor- und Nachteile der einzelnen Säuren werden in einem separaten Artikel erläutert.

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